JP2009146878A - 二次電池用絶縁ケース及び二次電池 - Google Patents

Abstract

【課題】電極組立体の遊動を防止することができて、二次電池の信頼性や安全性を向上させることができる、二次電池用絶縁ケース及び二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池の缶２０に収容される電極組立体１０の遊動を防止する二次電池用絶縁ケース４０において；角形に形成される本体部４４と、本体部４４の縁に沿って、缶２０の開口部方向に突出して形成される支持部４５と、を備え、支持部４５と本体部４４との成す角は、鈍角であることを特徴としており、絶縁ケース４０の支持部４５と本体部４４とが垂直ではなく、支持部４５と本体部４４との成す角を鈍角とすることによって、二次電池の缶２０の内側壁面と支持部４５との間にすきまが発生せずに、絶縁ケース４０及び電極組立体１０の遊動を防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、二次電池の缶に収容される電極組立体の遊動を防止するための、二次電池用絶縁ケース及び二次電池に関する。

二次電池は、充電と放電を繰り返して反復使用できる電池である。そのため、使い捨て使用される乾電池に比べて経済的である利点がある。最近では、小さな体積で高容量を具現できるようになったため、携帯電話、ノートブックコンピュータ、ビデオカメラ、デジタルカメラ等の携帯用電子機器の駆動電源として広く用いられている。

このような二次電池には、例えば、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−亜鉛電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池等がある。これらのうちで、リチウムイオン二次電池（リチウム二次電池）は、小型で大容量化が可能であり、作動電圧が高く、単位重量当たりのエネルギー密度が高いという長所があるため、広く用いられている。

リチウム二次電池は、正極板、負極板及びセパレータで構成される電極組立体を収容する外装材の形態によって缶形式またはパウチ型に区分することができて、缶形式は、角形と円筒形とに区分することができる。リチウム二次電池が缶形式で形成される場合には、外装材はアルミニウム等の金属で形成され、円筒形、または、角柱形やコーナーを曲面に形成した角柱形等の形状を有する。

缶形式のリチウム二次電池は、缶の一側に開口部を形成し、開口部から缶内部に電極組立体及び電解液を収容した後、開口部を組立体で密封して形成される。また、角形のリチウム二次電池は、缶に収容された電極組立体の遊動を防止するため、電極組立体の上部に電極組立体に接する絶縁ケースを収容している。

絶縁ケースは、平板、及び平板の縁から上方向（開口部方向）に突出する支持部を備えて構成されている。この時、支持部は、缶の内側壁面と触れ合うように形成されることによって、絶縁ケースが動かないように固定することができる。

大韓民国特許公開第２００５−００８７６３２号 大韓民国特許公開第２００７−００９３１７１号

しかし、従来の絶縁ケースは、支持部が平板と垂直に形成されるため、工程誤差等によって絶縁ケースが小さく形成されると、缶の内側壁面と支持部との間に隙間が発生し、絶縁ケース及び電極組立体の遊動を防止するには限界があった。また、電極組立体が遊動した場合には、電極組立体と連結されている電極タブにクラックが発生したり、電極タブが電極組立体から離脱して他の極性を有する端子と短絡したりする不具合があった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電極組立体の遊動を防止することができて、二次電池の信頼性や安全性を向上させることができる、二次電池用絶縁ケース及び二次電池を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、二次電池の缶に収容される電極組立体の遊動を防止する二次電池用絶縁ケースにおいて；角形に形成される本体部と、本体部の縁に沿って、缶の開口部方向に突出して形成される支持部と、を備え、支持部と本体部との成す角は、鈍角であることを特徴とする、二次電池用絶縁ケースが提供される。

絶縁ケースの支持部と本体部とが垂直ではなく、支持部と本体部との成す角を鈍角とすることによって、工程誤差等によって絶縁ケースの本体部が小さく形成された場合にも、二次電池の缶の内側壁面と支持部との間にすきまが発生せずに、絶縁ケース及び電極組立体の遊動を防止することができる。そのため、電極組立体と連結されている電極タブにクラックが発生したり、電極タブが電極組立体から離脱して他の極性を有する端子と短絡したりする不具合をなくすことができる。

本体部は、平板であることができる。また、支持部は、一つまたは複数形成することができる。

本体部は角形であり、支持部は、本体部の一短側面または一長側面に沿って形成されてもよいし、本体部の両短側面または両長側面に沿って形成されてもよい。

さらに、本体部は角形であり、支持部は、本体部の短側面及び長側面に沿って形成されてもよい。その場合、支持部には、缶の開口部方向の端部に溝を形成することができる。溝を形成することにより、絶縁ケースを容易に缶に挿入することができる。

上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、電極組立体と、電極組立体を収容し、開口部が形成された缶と、缶の開口部に設けられるキャップ組立体と、缶に収容された電極組立体の開口部方向に接して位置する絶縁ケースと、を備え、絶縁ケースは、本体部と、本体部の縁に沿って、開口部方向に突出して形成される支持部と、を有し、支持部と本体部との成す角は、鈍角であることを特徴とする、二次電池が提供される。

絶縁ケースの支持部と本体部とが垂直ではなく、支持部と本体部との成す角を鈍角とすることによって、工程誤差等によって絶縁ケースの本体部が小さく形成された場合にも、二次電池の缶の内側壁面と支持部との間にすきまが発生せずに、絶縁ケース及び電極組立体の遊動を防止することができる。そのため、電極組立体と連結されている電極タブにクラックが発生したり、電極タブが電極組立体から離脱して他の極性を有する端子と短絡したりする不具合をなくすことができ、二次電池の信頼性や安全性を向上させることができる。

支持部と本体部との成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下とすることができる。支持部と本体部との成す角を９０゜より大きく形成することによって、絶縁ケースが缶に挿入されると、本体部と鈍角を形成する支持部が缶内部の側面に密着するため、絶縁ケースが遊動するのを防止することができる。一方で、支持部と本体部との成す角が大きければ、缶と絶縁ケースの本体部との間隔が広くなる。広すぎる場合には、支持部によって遊動を防止するのは難しくなるので、本体部と支持部との成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることが望ましい。

本体部は、平板とすることができる。また、支持部は、一つまたは複数形成することができる。

本体部は角形であり、支持部は、本体部の一短側面または一長側面に沿って形成されてもよいし、本体部の両短側面または両長側面に沿って形成されてもよい。

さらに、本体部は角形であり、支持部は、本体部の短側面及び長側面に沿って形成されてもよい。その場合、支持部には、開口部方向の端部に溝を形成することができる。溝を形成することにより、絶縁ケースを容易に缶に挿入することができる。

以上詳述したように本発明によれば、支持部と本体部との成す角を鈍角とすることによって、絶縁ケースの本体部が小さく形成された場合にも、二次電池の缶の内側壁面と支持部との間にすきまが発生せずに、絶縁ケースに形成される支持部が缶に密着するため、絶縁ケース及び電極組立体の遊動を防止することができ、安全性を向上させることができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本発明の実施の形態による二次電池の分離斜視図を示したものであって、図２は、本発明の実施の形態による二次電池を、図１の上下方向に缶２０の中心を通る平面で切開した際の断面図を示したものである。

図１及び図２に示されるように、二次電池１００は、電極組立体１０と、電極組立体１０を収容する缶２０と、缶２０の開口部に位置するキャップ組立体３０と、を備えている。また、二次電池１００は、缶２０に収容される電極組立体１０の上部（以下、開口部方向を上方向とする）に位置する絶縁ケース４０を具備する。

電極組立体１０は、正極板である第１電極板１１、負極板である第２電極板１３及びセパレータ１５で構成されており、第１電極板１１、第２電極板１３及びセパレータ１５は順次積層された後、ゼリーロール形態（ロール状とも言う）に巻回されて形成される。以下では、第１電極板１１を陽極板１１と言うこととし、第２電極板１３を陰極板１３と言うこととする。もちろん、極板形成過程によって、第１電極板１１及び第２電極板１３の極性は変わってもよい。また、以下では、正極及び負極を、各々陽極及び陰極と言うこととする。

陽極板１１は、アルミニウム等で構成される陽極集電体に陽極活物質を塗布して形成され、また、陽極活物質が塗布されない陽極無地部を有しており、陰極板１３は、銅等で構成される陰極集電体に陰極活物質を塗布して形成され、また、陰極活物質が塗布されない陰極無地部を有している。また、セパレータ１５は、陽極板１１と陰極板１３との間に介在されて陽極板１１と陰極板１３との短絡を防止する機能を有し、表面は多孔膜構造になっていてリチウムイオンの移動通路を提供している。

陽極無地部には、キャップ組立体３０のキャッププレート３１と電気的に連結される第１電極タブ１７が、通電可能になるように付着される。また、陰極無地部にはキャップ組立体３０の電極端子３３と電気的に連結される第２電極タブ１９が、通電可能になるように付着される。したがって、第１電極タブ１７は第１電極板１１と同じ極性を有し、第２電極タブ１９は第２電極板１３と同じ極性を有する。以下第１電極タブ１７を陽極タブ１７と称し、第２電極タブ１９を陰極タブ１９と称することとする。

この時、陽極タブ１７及び陰極タブ１９は、ニッケル材質で構成することができて、超音波溶接、レーザ溶接等の方法で陽極無地部及び陰極無地部に付着することができるが、本発明の陽極タブや陰極タブは、ニッケル材質に限定されるものではなく、陽極無地部及び陰極無地部への付着方法は、超音波溶接、レーザ溶接等に限定されるものではない。また、陽極タブ１７及び陰極タブ１９には、巻回された電極組立体１０から引き出される境界部に、陽極板１１と陰極板１３との短絡を防止するための絶縁テープ１８が巻かれている。

陽極集電体には、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、またはこれらの合金、アルミニウムまたはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等、を用いることができて、これらのうちアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることが望ましい。

陽極集電体の形態は、ホイール、フィルム、シート、パンチングされたもの、多孔質体、発泡剤等を挙げることができ、厚さは通常１〜５０μｍ、望ましくは１〜３０μｍであるとよいが、本発明では、これらの形態及び厚さに限定されるものではない。陽極活物質は、リチウムイオンを吸蔵または脱離できる物質であって、コバルト、マンガン、ニッケルから選択される少なくとも１つ、またはリチウムの複合酸化物のうちの少なくとも１つであることが望ましい。

陰極集電体ではステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンまたはこれらの合金、銅またはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等を用いることができ、これらのうち銅または銅合金を用いることが望ましい。

陰極集電体の形態は、ホイール、フィルム、シート、パンチングされたもの、多孔質体、発泡剤等を挙げることができ、厚さは通常１〜５０μｍ、望ましくは１〜３０μｍであるとよいが、本発明では、これらの形態及び厚さに限定されるものではない。陰極活物質はリチウムイオンを吸蔵または脱離できる物質で、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維等の炭素材料、リチウム金属、リチウム合金等を用いることができる。

セパレータ１５は、通常的に用いられるセパレータ物質、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の熱可塑性樹脂で形成することができ、その表面は多孔膜構造になっているとよい。電池内部が温度上昇して前記熱可塑性樹脂の融点近くの温度になると、セパレータ１５は溶融して孔を塞ぎ、これによってセパレータ１５は絶縁フィルムになる。このように絶縁フィルムに変わることによって、陽極板１１と陰極板１３との間のリチウムイオン移動が遮断されて、これ以上の電流が流れなくなることによって、電池内部の温度上昇が止まる。

缶２０は、開口された上端部（開口部）を有する金属材で形成することができ、電極組立体１０及び電解液を収容するとともに、電極組立体１０の上部に絶縁ケース４０を収容する。缶２０に用いられる金属材としては、軽くて軟性があるアルミニウム、アルミニウム合金またはステンレス鋼等を使用することができ、缶２０が金属材で形成される場合には、極性を有することができるため電極端子として用いることができる。

缶２０の断面形状は、角形、または楕円形であることができ、缶２０の開口された上端部は、キャッププレート３１に溶接または熱融着されて、缶２０は密封される。

キャップ組立体３０は、キャッププレート３１、絶縁ガスケット３２、電極端子３３、絶縁プレート３４、ターミナルプレート３５及び電解液注入口栓３６を有している。キャッププレート３１は、缶２０の開口部を密封することができるように缶２０の開口部に結合される。

キャッププレート３１には、開口部と同じ大きさと形状とを有して絶縁ガスケット３２及び電極端子３３を挿入することができる端子通孔３１１、及び、缶２０の内部に電解液を注入するための通路を提供する電解液注入口３１２が形成され、電解液注入口栓３６は、電解液注入口３１２を密閉できるように結合される。また、キャッププレート３１は、電池の内部圧力が増加すると破断してガスを排出するための排出口３１３を有しており、排出口３１３には破断が容易に起こるようにノッチが形成される。

絶縁ガスケット３２は、キャッププレート３１に形成される端子通孔３１１に結合され、電極端子３３とキャッププレート３１とを絶縁するために絶縁性物質で形成することができる。また、絶縁ガスケット３２の中央部には、電極端子３３が結合できるようにホールを形成している。

電極端子３３は、絶縁ガスケット３２に形成されたホールに挿入されてキャッププレート３１に絶縁ガスケット３２を介して結合され、電極端子３３の下端部は、キャッププレート３１を貫通した状態でターミナルプレート３５と連結される。

絶縁プレート３４は、キャッププレート３１の下部面に位置し、ターミナルプレート３５の外部面（キャッププレート３１に対向する面）を絶縁して、電極端子３３とターミナルプレート３５との連結のためのホールを形成する。

ターミナルプレート３５は、絶縁プレート３４の下部面に位置し、伝導性物質からなって電極端子３３と連結されて電気的経路を形成する。また、ターミナルプレート３５の下部面には、陰極タブ１９が電気的に連結されて、電極端子３３は陰極端子の役割をするようになる。

絶縁ケース４０は、缶２０の内部に挿入される電極組立体１０の上部に位置して、電極組立体１０の遊動を防止することができ、電極組立体１０とターミナルプレートとを絶縁する。また、ショートを防止するために陽極タブ１７と陰極タブ１９とを所定距離離隔させるので、絶縁ケース４０には、陽極タブ１７及び陰極タブ１９を外部に突出させる場合にガイドの役割をするタブ溝４１及びタブホール４２を形成することができる。さらに、絶縁ケース４０には、注入される電解液が電極組立体１０に十分に流れ込むことができるように、通路を提供するための注入ホール４３を形成することができる。

また、絶縁ケース４０は、平板である本体部４４及び本体部４４の縁に沿って一方向に突出する一つまたは複数個の支持部４５を有して構成することができる。以下、支持部４５が突出する一方向を上方向とする。タブ溝４１、タブホール４２及び注入ホール４３は、本体部４４に形成することができる。

（第１の実施の形態）
図３Ａは本発明の第１の実施の形態による絶縁ケース４０ａの斜視図を示したものであって、図３Ｂは、図３Ａの絶縁ケース４０ａをＡ方向から見た側面の一例を示す側面図である。図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、支持部４５ａは、本体部４４の長側面の縁に沿って上方向に突出して形成されている。支持部４５ａは、対向する長側面のいずれか一方の長側面にだけ沿って形成することができるが、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、両方の長側面に沿って、それぞれ形成することもできる。また、支持部４５ａは、両方の長側面に同じ個数で複数形成することもできて、相異なる個数で複数形成することもできる。

この時、支持部４５ａは、図３Ｂに示したように本体部４４と支持部４５ａとが成す角（θ）は、９０゜より大きい鈍角になるように形成することができる。したがって、絶縁ケース４０ａが缶２０に挿入されると、本体部４４との成す角が鈍角を形成する支持部４５ａは、たとえ工程誤差等によって本体部４４が小さく形成されていても、缶２０内部の側面に密着するため、絶縁ケース４０ａが遊動するのを防止することができる。

この時、缶２０に挿入された絶縁ケース４０ａの支持部４５ａと本体部４４との成す角が大きければ、缶２０と絶縁ケース４０ａの本体部４４との間隔が広くなる。缶２０と絶縁ケース４０ａの本体部４４との間隔が広すぎる場合には、支持部４５ａによって遊動を防止するのは難しくなる。したがって、缶２０に挿入される絶縁ケース４０ａの本体部４４と支持部４５ａとの成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることが望ましい。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態による絶縁ケース４０ｂの斜視図が、図３Ｃに示されている。図３Ｃを参照すると、支持部４５ｂは、本体部４４の対向する短側面の縁に沿って上方向に突出して形成されている。支持部４５ｂは、本体部４４の対向する短側面のいずれか一方の短側面にだけ沿って形成することができるし、図３Ｃのように両方の短側面に沿ってそれぞれ形成することもできる。また、支持部４５ｂは、両方の短側面に同じ個数で複数形成することもできるし、相異なる個数で複数形成することもできる。

また、本発明の第１の実施の形態と同様に、支持部４５ｂは、支持部４５ｂと本体部４４との成す角が９０゜より大きい鈍角を有するように形成されて、缶２０に挿入される絶縁ケース４０ｂが遊動するのを防止することができる。また、缶２０に挿入された絶縁ケース４０ｂの本体部４４と支持部４５ｂの成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることが望ましい。

（第３の実施の形態）
図３Ｄは、本発明の第３の実施の形態による絶縁ケース４０ｃの斜視図である。図３Ｄを参照すると、支持部４５ｃは、本体部４４の長側面及び短側面の縁に沿って上方向に突出して形成することができる。支持部４５ｃは、複数個の支持部片４５ｃ１、４５ｃ２、４５ｃ３、４５ｃ４に分離された形態に形成することができる。

また、図３Ｄに示されるように、本体部４４のコーナー部分には支持部４５ｃの開口部方向の端部である上端部に溝４６を形成することもできる。溝４６を形成することにより、絶縁ケース４０ｃを缶２０に容易に挿入することができる。

また、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、支持部４５ｃは、支持部４５ｃと本体部４４との成す角が９０゜より大きい鈍角を有するように形成することによって、缶２０に挿入される絶縁ケース４０ｃが遊動するのを防止することができる。また、缶２０に挿入された絶縁ケース４０ｃの本体部４４と支持部４５ｃとが成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることが望ましい。

（第４の実施の形態）
図３Ｅは、本発明の第４の実施の形態による絶縁ケース４０ｄの斜視図である。図３Ｅを参照すると、支持部４５ｄは、本体部４４の長側面及び短側面の縁に沿って上方向に突出して形成することができる。支持部４５ｄは、図３Ｅのように長側面及び短側面の縁に沿って一体に形成することができる。

また、図３Ｅに示されるように、本体部４４のコーナー部分に形成される支持部４５ｄの開口部方向の端部である上端部に溝４７を形成することができる。溝４７を形成することにより、絶縁ケース４０ｄを缶２０に容易に挿入することができる。

また、第１の実施の形態や第２の実施の形態と同様に、支持部４５ｄは、支持部４５ｄと本体部４４との成す角が９０゜より大きい鈍角を有するように形成されることによって、缶２０に挿入される絶縁ケース４０ｄが遊動するのを防止することができる。また、缶２０に挿入された絶縁ケース４０ｄの本体部４４と支持部４５ｄとが成す角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることが望ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上記の本発明の第１〜第４の実施の形態においては、角柱形状の二次電池について説明したが、円筒形状の二次電池にも本願発明は適用可能であり、電極組立体の上部に、支持部と本体部との成す角を鈍角にした絶縁ケースを設けて、絶縁ケース及び電極組立体の遊動を防止することができる。

本発明は、二次電池の缶に収容される電極組立体の遊動を防止するための、二次電池用絶縁ケース及び二次電池に適用可能である。

本発明の実施の形態による二次電池の分離斜視図である。 本発明の実施の形態による二次電池を、図１の上下方向に缶の中心を通る平面で切開した際の断面図である。 本発明の第１の実施の形態による絶縁ケースを示した斜視図である。 図３Ａの絶縁ケースをＡ方向から見た側面図である。 本発明の第２の実施の形態による絶縁ケースを示した斜視図である。 本発明の第３の実施の形態による絶縁ケースを示した斜視図である。 本発明の第４の実施の形態による絶縁ケースを示した斜視図である。

符号の説明

１０ 電極組立体
２０ 缶
３０ キャップ組立体
４０ 絶縁ケース
４４ 本体部
４５ 支持部
１００ 二次電池

Claims (15)

1. 二次電池の缶に収容される電極組立体の遊動を防止する二次電池用絶縁ケースにおいて；
   本体部と、
   前記本体部の縁に沿って、前記缶の開口部方向に突出して形成される支持部と、
   を備え、
   前記支持部と前記本体部との成す角は、鈍角であることを特徴とする、二次電池用絶縁ケース。
2. 前記本体部は、平板であることを特徴とする、請求項１に記載の二次電池用絶縁ケース。
3. 前記支持部は、一つまたは複数形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の二次電池用絶縁ケース。
4. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の一短側面または一長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池用絶縁ケース。
5. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の両短側面または両長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池用絶縁ケース。
6. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の短側面及び長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項２に記載の二次電池用絶縁ケース。
7. 前記支持部は、前記缶の開口部方向の端部に溝を形成することを特徴とする、請求項６に記載の二次電池用絶縁ケース。
8. 電極組立体と、
   前記電極組立体を収容し、開口部が形成された缶と、
   前記缶の開口部に設けられるキャップ組立体と、
   前記缶に収容された電極組立体の前記開口部方向に接して位置する絶縁ケースと、
   を備え、
   前記絶縁ケースは、
   角形に形成される本体部と、
   前記本体部の縁に沿って、前記開口部方向に突出して形成される支持部と、
   を有し、
   前記支持部と前記本体部との成す角は、鈍角であることを特徴とする、二次電池。
9. 前記角は、９０゜を超過して、９５゜以下であることを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。
10. 前記本体部は、平板であることを特徴とする、請求項８または９に記載の二次電池。
11. 前記支持部は、一つまたは複数形成されることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれかに記載の二次電池。
12. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の一短側面または一長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
13. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の両短側面または両長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
14. 前記本体部は角形であり、前記支持部は、前記本体部の短側面及び長側面に沿って形成されることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
15. 前記支持部は、前記開口部方向の端部に溝を形成することを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
    

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